REKAYASA PERISAI RADIASI GAMMA PADA PEMANFAATAN ISOTOP 137 Cs DAN 60CoUNTUK TERAPI KANKER

Transkripsi

1 REKAYASA PERISAI RADIASI GAMMA PADA PEMANFAATAN ISOTOP 137 Cs DAN 60CoUNTUK TERAPI KANKER Sri Mulyono Atmojo* Irianto** Abdul Jalil* *Pusat Rekayasa Perangkat Nuklir BATAN **Pusat Teknologi Akselerator dan Proses Bahan BATAN ABSTRAK Telah dilakukan perekayasaan perisai radiasi gamma untuk isotop 137Csatau 60Co yang digunakan pad a terapi kanker. Tujuan dari kegiatan ini adalah membuat perisai yang bersifat elastis dan memenuhi standar keselamatan. Perisai ini diharapkan dapat digunakan untuk mengurangi paparan radiasi pad a bagian tubuh diluar area yang disinari dengan radiasi gamma isotop I37Cs atau 60Co yang digunakan untuk terapi. Perisai ini dibuat dari komposit karet alam dan timbal oksida dengan berbagai variasi komposisi timbal oksida mulai 100 part per one hundred rubber (pphr), sampai 700 pphr dengan selang komposisi setiap 100 pphr, masing-masing dengan ukuran p x I x t = IS x 15 x 0,22 em. Metoda pembuatan komposit dilakukan dengan cara konvensional, yaitu karet alam fase padat dan timbal oksida dicampur dengan digiling, dibuat kompon, dan divulkanisasi dengan belerang. Pengujian daya serap terhadap radiasi gamma dilakukan dengan menggunakan isotop I37Cs dan 60CO. Hasil uji daya serap menunjukkan bahwa daya serap terhadap radiasi gamma sampel komposit dengan komposisi timbal oksida 700 pphr, ekivalen dengan daya serap pelat timbal tebal 0,75 mm, dimana daya serap sebesar digunakan. Kata kunci : perisai, terapi kanker, isotop I37Cs dan 60Co ini sesuai dengan acuan yang ABSTRACT A manufacturing of gamma radiation shields for 137Csand 60Co isotopes was carried out. The aim of the experiment is to make gamma radiation shields in which that shields are elastic and comply with the reference safety standard, so these shields can decrease the exposure of gamma radiation from 137CSand 60Co where that incident radiation falls on the skin around of the cancer therapy. Shields were made of the composite of natural rubber lead oxide. The variation of lead oxide compositions are 130

2 formerly at 100 part per one hundred rubber (pphr) up to 700 pphr at intervals by 100 pphr. The dimension of the samples are: length x width x thick = 15 x IS x 0,22 cm. The manufacturing method of the composite were carried out by conventional style, where the natural rubber solid phase and lead oxide mix by milling, made compound, and vulcanized by sulfur. Isotope 137Cs and 60Co were used in these test. Results of these experiments show that the absorption strength of composite 700 pphr composition is equivalent to the absorption strength of lead foil 0,75 mm thick and that is comply with reference which is used in this experiment. Key words: shielding, cancer therapy, I37CS and 60Co isotopes PENDAHULUAN Keselamatan terhadap paparan radiasi nuklir merupakan faktor utama dalam setiap kegiatan yang memanfaatkan radiasi tersebut sebagai sarana kerjanya. Demikian pula pad a pemanfaatan radiasi gamma yang berasal dari isotop137cs atau 60Co untuk keperluan terapi kanker, diusahakan sedemikian sehingga hanya jaringan yang terkena kanker saja yang diiradiasi, sedangkan jaringan yang sehat disekelilingnya dilindungi terhadap paparan radiasi gamma tersebut. Salah satu cara untuk melindungi jaringan yang sehat adalah dengan memasang perisai (shielding) pada bagian jaringan yang sehat terse but. Bentuk perisai ini berupa lembaran yang lebar, sehingga hampir seluruh tubuh dapat terlindungi, kecuali pada bagian kanker, dan perisai ini diberi lubang sesuai ukuran yang akan diiradiasi. Lembaran perisai ini selain mampu menyerap radiasi gamma, juga harus nyaman dipakai. Gambar I berikut, merupakan lembaran perisai radiasi gamma yang digunakan dalam terapi kanker payudara. Biasanya lembaran perisai dibuat dari pelat timbal dengan tebal mencapai I mm. Agar nyaman dipakai, pelat timbal ini dapat dibuat dengan ketebalan sekitar 0,125 mm. Lembaran ini dapat disusun sesuai dengan rekomendasi atau katalog, yaitu setebal 0,25 mm, 0,5 mm atau 0,75 mm. [1] Namun untuk pelat timbal tebal 0,125 mm, bila jatuh sulit dikembalikan ke bentuk semula, sehingga untuk mengantisipasi hal ini pelat timbal sering dilapisi kertas. Dampaknya adalah pelat timbal menjadi kaku, sehingga tidak nyaman jika dipakai dan tidak dapat mengikuti bentuk tubuh. Bahan lain yang lebih tleksibel jika digunakan, yaitu bahan vinil timbal [2]. Tetapi bahan ini merupakan 131

3 bahan yang tidak terbarukan sehingga dapat merusak lingkungan. Oleh karena itu, dicoba bahan lain yang dapat mengatasi kekurangan ini. Pada penelitian ini dilakukan pembuatan lembaran karet timbal yang berbasis komposit karet alam timbal oksida, yang akan digunakan sebagai perisai radiasi gamma. Bahan ini harus mampu menyerap radiasi gamma yang berasal dari isotop I37CSatau 60Co yang digunakan sebagai iradiator dalam proses terapi kanker payudara dan sebagainya. Karet alam dipilih G)~4f: u---cu // ~\ Keterangan : 1. Sumber Radiasi 3. Pancaran radiasi yg diberi perlmi 2. Pancaran radiasi yang digunakan 4. Daerah Penyinaran Gambar 1. Perisai radiasi gamma pada terapi kanker payudara. karena merupakan bahan yang selalu terbarukan, sehingga penggunaannya tidak akan merusak lingkungan. Sedangkan pemilihan timbal oksida, karena bahan ini sangat kompatibel jika dicampur dengan karet alam [3]. Berikut ini disampaikan proses pembuatan lembaran komposit karet alam timbal oksida untuk perisai radiasi gam-ma yang berasal dari I37CSatau 60CO. 132

4 DASAR TEORI Sebagai bahan perisai radiasi nuklir, maka lembaran komposit ini hams mampu menyerap radiasi gamma. Mekanisme penyerapan tidak lain adalah berpindahnya energi radiasi gamma kepada bahan tersebut, akibat adanya interaksi radiasi gamma dengan elektron orbital atom-atom bahan perisai [4]. Oleh karena itu, unsur yang memiliki elektron banyak akan sangat baik digunakan untuk bahan perisai radiasi gamma. Dengan kata lain, unsur dengan massa jenis besar, akan sangat cocok digunakan sebagai bahan perisai[5j Contoh un sur yang baik sebagai bahan perisai antara lain: timbal, uranium, wolfram, dan sebagainya. Dari ketiga bahan itu, timbal merupakan bahan pilihan karena murah harganya dan mudah didapat dipasaran di dalam negeri. Pembuatan komposit dilakukan dengan cara konvensional, dengan harapan bila dibuat secara massal, pabrikan karet telah familier dengan teknologi ini, sehingga keberhasilan pembuatan dapat dipastikan. TATAKERJA Bahan Bahan utama yang digunakan dalam pembuatan komposit ini adalah karet alam dan timbal oksida, serta beberapa bahan pengolah karet. Senyawa timbal oksida yang dipilih adalah Pb304, karena koefisien serapannya relatif lebih besar j ika dibandingkan dengan senyawa timbal oksida yang lain, serta mudah didapat di pasaran[6]. Karet alam berfungsi sebagai matrik komposit sedangkan timbal oksida sebagai bahan pengisi (filler) dan utamanya berfungsi sebagai penyerap radiasi gamma. Selain itu diperlukan pula pelat timbal dengan berbagai ketebalan yang akan digunakan dalam uji ekivalensi daya serap terhadap radiasi gamma. Peralatan Peralatan yang digunakan antara lain alat pencampur yang digunakan untuk mencampur bahan komposit, alat vulkanisasi, alat uji mekanik yang digunakan untuk uji kuat tarik, kekerasan, perpanjangan tetap dan perpanjangan putus, sumber radiasi gamma 137Cs dan 60CO, dan unit pencacah radiasi gamma untuk uji daya serap serta cetakan yang digunakan untuk membuat sampel komposit. 133

5 Pelaksanaan Sebelum dibuat sampel, dihitung da- hulu nilai koefisien serapan massa unsur untuk energi 0,662 MeV dan 1,33 MeV, masing-masing merupakan energi gamma dari 137CS, dan 60CO. [6] untuk keperluan perhitungan, hanya digunakan energi gamma 6OCOyang tinggi (energi gamma 60Co yang rendah adalah 1,17 Me V). Tabel I merupakan tabel koefisien serapan massa unsur berdasar energi radiasi gamma kedua isotop tersebut. Nilai koefisien serapan massa ini diperoleh dengan perhitungan menggunakan regresi linier, dengan asumsi bahwa pada rentang dua energi diatas dan dibawah energi Tabel 1. Koefisien serapan massa dan massa jenis unsur utama komposit E=0,662 MeV Unsur 8,99.10-) 1,429.1O-~ 0,1540 0,0775 0,1093 0,0557 0,0558 0,0570 0,1108 E=I,33 11,34 2,25 ~p, gr/cm3 cm2/gramp, MeV isotop tersebut, energi dapat dianggap linier. Selanjutnya dapat dihitung koefisien serapan linier unsur, senyawa, dan komposit untuk berbagai komposisi, menggunakan persamaan 1[7]. (~P)senyawa = L Wi (~P)I (I) dengan: Wi = fraksi berat unsur dalam senyawa (~p)i = koefisien serapan massa unsur Untuk komposit, Wi adalah fraksi berat senyawa dalam komposit, dan (~P)i adalah koefisien serapan massa senyawa pembentuk komposit. Berdasar hasil ini, daya serap komposit dapat dihitung untuk berbagai komposisi, dan ketebalan. Perhitungan daya serap OS menggunakan persamaan 2 berikut[8]. 134

6 Daya serap : DS = (1-e-~X) x 100 % (2) dengan: J..l = koefisien serapan linier komposit, em-i x = tebal komposit, em Metoda pembuatan sampel dilakukan dengan eara blending, yaitu karet alam dieampur dengan cara digiling secara bersama-sama. Pencampuran dinyatakan baik apabila wama telah kelihatan merata dalam lembaran yang diperoleh. Lembaran komposit yang dihasilkan ini masih berupa kompon, yaitu komposit yang belum divulkanisasi. Kompon ini dipotong sesuai dengan eetakan, dan kemudian divulkanisasi dengan belerang, pada suhu sekitar 1300C, dan dipres dengan tekanan 100 kg/em2, selama sekitar 6 menit. Kemudian sampel diuji sifat fisiknya yang meliputi ke-kerasan, kuat tarik, perpanjangan tetap dan perpanjangan putus, serta daya serapnya terhadap radiasi gamma yang berasal dari isotop I37CS dan 60Co. Pengujian kekerasan dilakukan sesuai dengan SNI , Penentuan kekerasan karet vulkanisat dengan menggunakan durometer shore[9j. Sedang-kan pengujian kuat tarik dilakukan sesuai dengan SNI , Penentuan sifat-sifat tegangan dan regangan dari karet vulkanisat dan karet termo-plastik(loj. Sedangkan tataletak pengujian daya serap terhadap radiasi gamma seperti pada Gambar 2. Langkah pengujian daya serap adalah sebagai berikut: sampel diletakkan diantara detektor dan sumber gamma. Kemudian detektor dioperasikan pada tegangan operasinya, yaitu sekitar 540 volt, dan kemudian berkas radiasi gam-ma yang masuk ke detektor dicacah. Berkas radiasi yang masuk adalah I. Selanjutnya sampel diambil dan dilakukan peneaeahan kembali. Jumlah cacah yang terdeteksi adalah 10. Oemikian kegiatan ini diulang untuk sam pel yang lain, dan untuk pelat timbal dengan ketebalan yang berbeda. 135

7 1 Gambar 2. Tataletak pengujian daya serap komposit terhadap radiasi gamma I. kontainer 2. sumber radiasi 3. shielding 4. Detector 5. penampil HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil perhitungan P, /-l, daya serap terhadap radiasi gamma berdasar teori seperti tercantum dalam Tabel 2. Nilai dalam Tabel 2 tersebut diperoleh dengan perhitungan menggunakan persamaan I, sedangkan daya serap terhadap radiasi gamma menggunakan persamaan 2. Nilai p cenderung linier sesuai dengan kenaikan komposisi timbal dalam karet alamo Demikian juga untuk nilai /-l dan daya serap komposit cenderung linier sesuai kenaikan komposisi. Hasil pengujian daya serap pelat timbal terhadap radiasi gamma yang berasal dari 137Cs untuk berbagai ketebalan seperti tercantum dalam Tabel 3. Sedangkan daya serap sampel komposit karet alam timbal oksida dengan berbagai komposisi seperti tercantum pada Tabel 4. Dari tabel tersebut diperoleh daya serap komposit dengan komposisi 700 pphr, ekivalen dengan daya serap pelat timbal tebal 0,75 mm. Daya serap pada ketebalan ini sekitar 9 %. Nilai ini berbeda sedikit dibandingkan dengan nilai daya serap berdasar teori, dimana berdasar perhitungan teoritis nilai daya serap tersebut sekitar 10%. Deviasi hasi I perhitungan daya serap berdasar teori dan percobaan kira-kira 10%. Deviasi sebesar ini masih dalam batas toleransi. Nilai koefisien serapan linier /-l yang diperoleh berdasar 136

8 Tabel 2. Hasil pengujian daya serap sam pel tebal 0,22 em thd. sumber gamma 137Cs berdasar teori Komposisi pphr Daya 0,0965 0, ,1014 0,1023 0,1038 0,1030 ~p, 0,4598 0,3886 0,4264 0,1664 0,2363 0,2949 0,3448 4,79 4,02 4,43 1,75 2,44 3,04 3,56 f.!, 9,62 3,27 6,28 8,15 8,95 5,07 7,30 em2/gr serap, em"' gr/em3 %,1 0,25 0,75 0,5 1,95 1,3 1,7 1 TS* Tabel 3. Hasil pengujian daya serap pelat timbal thd. sumber gamma I37CS Tebal pelat, mm Daya 20,03 24,25 32,62 14,31 0,70 9,09 6, , serap, 1 netto, % eps *tanpa pelat timbal TS* Tabel4. HasH pengujian daya seraf: sampel komposit karet alam timbal oksida terhadap sumber gamma 37CS Komposisi sampel, Daya 0, ,0007 3,47 6,28 4,36 9,10 8,80 - serap, pphr % 1 netto, eps *tanpa sam pel komposit 137

9 teori sebesar 0,4971 em'l, sedangkan berdasar pereobaan diperoleh nilai koefisien serapan Iinier sebesar 0,4361 em'l. Dengan demikian perhitungan berdasar teori dapat digunakan dalam penentuan komposisi timbal oksida dalam komposit, dengan menaikkan komposisi timbal oksida sebesar 10%, ketika membuat komposit. Untuk memperoleh daya serap yang lebih tinggi misalnya sampai 30%, maka berdasar hasil perhitungan /l tersebut diperoleh ketebalan komposit dengan komposisi 700 pphr kira-kira sebesar 0,9 em atau 9 mm. Ketebalan ini dapat diperoleh dengan menumpuk lembaran komposit tebal 2,2 mm sebanyak lima lembar, sehingga diperoleh ketebalan sekitar 11 mm. Daya serap perisai ini masih dapat ditingkatkan, dengan menaikkan komposisi sampai 900 pphr. Hal ini disebabkan karena pada komposisi ini volume timbal oksida sebagai bahan pengisi masih lebih kecil jika dibandingkan dengan volume karet alam sebagai matrik komposit. Pada komposisi ini, daya serap komposit se-kitar 10,47 %, sehingga ketebalan kom-posit sebagai perisai sekitar 8,8 mm. Jika dilakukan pembandingan ekivalensi daya serap antara komposit yang dibuat dengan referensi [1] (katalog), maka diperoleh komposit dengan komposisi sekitar 250 pphr, 500 pphr, dan 700 pphr, masing-masing akan mempu-nyai daya serap yang sarna dengan vinil timbal, yang ekivalen dengan daya se-rap pelat timbal tebal 0,25 mm, 0,50 mm, dan 0,75 mm. Untuk keperluan terapi menggunakan sumber radiasi gamm~ dari 60CO,maka perhitungan komposisi komposit digunakan energi radiasi gamma dari 60Co yang tinggi, yaitu 1,33 MeV, dengan asumsi bahwa jika energi yang tinggi diproteksi, maka energi yang rendah (1,17 MeV) akan terproteksi pula. Dari Tabel 5, diperoleh daya serap komposit terhadap radiasi gamma 60Co berdasar teori. Tabel 5. Hasil pengujian daya serap sampel tebal 0,22 em terhadap sumber gamma 60Co berdasar teori -I /l, em Komposisi Daya serap, pphr 0,0596 0,0578 0,0576 0,0580 0,0577 0, Ilip, 0,1953 0,2375 0,1390 0,2550 0,2180 0,1694 0,1028 4,68 5,46 4,21 5,09 3,66 3,01 2,24 3,77 4,43 4,12 2,91 3,37 2,37 1,72 % cm2/gr p, gr/em3 Tabel 6. Hasil pengujian daya serap sampel komposit karet alam timbal oksida 138

10 had.- b Daya 4, , ,92 5, , , , serap, 5125 Komposisi sam pel, pphr %1 netto, cps *tanpa sam pel komposit Tabel 7. Hasil pengujian daya serap pelat timbal thd. sumber gamma 60Co Tebal pelat, Daya mm 22,55 11, , , ,53 7, , serap, netto, % cps *tanpa pelat timbale Sedangkan Tabel 6 merupakan hasil uji daya serap perisai terhadap radiasi gamma dari 60Co. Dari kedua tabel terse but, hasil perhitungan daya serap ternyata hampir sarna. Namun hanya komposit dengan ketebalan 2,2mm komposisi 700 pphr yang memenuhi kriteria referensi yang digunakan, yaitu untuk komposit de-ngan komposisi 100 pphr, yang ekivalen dengan daya serap pelat timbal tebal 0,25mm. Untuk memenuhi kriteria referensi, maka tebal perisai yang harus diubah. Oengan suatu perhitungan berdasar hasil percobaan diperkirakan daya serap pelat timbal tebal 0,5 mm, dan 0,75 mm, masing-masing akan ekivalen dengan daya serap komposit komposisi 700 pphr tebal 2,7 mm, dan 3,Omm. KESIMPULAN Oari hasil pembahasan diatas, dapat disimpulkan bahwa komposit karet alam timbal oksida yang dibuat berdasar perhitungan teoritis dan kemudian diverifikasi dengan sampel, layak digunakan sebagai perisai radiasi gamma. Agar diperoleh daya serap yang memadai 139

11 untuk sumber gamma dari J37Cs ma-upun 60Co, lembaran komposit tersebut dapat disusun sedemikian sehingga akan diperoleh ketebalan yang cukup untuk masing-masing sumber radiasi gamma DAFT AR PUST AKA I. FLUKE BIOMEDICAL, Product Ca-talog, Radiation Management Ser-vices, Fluke, Cleveland, USA, CONE INSTRUMENTS, Radiology Supplies and Accessories, Cone Instruments. Inc. Ohio, L. FRANTA, Elastomer and Rubber Compounding Materials, Elsevier, Amsterdam, R. M. SINGRU, Introduction to Nu-clear Physics, Wiley Eastern Private Limited, New Delhi, GLENN MURPHY, Elements of Nuclear Engineering, John Wiley and Sons Inc. New York, SRI MUL YONO ATMOJO, Vulkani-sat Karet Alam Timbal Oksida untuk Proteksi Radiasi Sinar-X, Pusat Standardisasi dan Jaminan Mutu Nuklir, BAT AN, Jakarta, R. G. JAEGER dkk. Engineering Compendium on Radiation Shiel-ding, Volume I, Design and Engi-neering, Springer, Verlag, Berlin, Heidelberg, SRI MUL YONO ATMOJO, Standar-disasi Pakaian Proteksi Radiasi Siam-X, Prosiding Presentasi Ilmiah Keselamatan Radiasi dan Ling-kungan IX, P3KRBIN, Jakarta, STANDAR NASIONAL INDONESIA (SNI) , Penentuan Kekerasan Karet Vulkanisat dengan Menggunakan Durometer Shore, BSN, Jakarta, STANDAR NASIONAL INDONESIA (SNI) , Penentuan Sifat-sifat Tegangan dan Regangan dari Karet Vulkanisat dan Karet Termoplastik, BSN, jakarta,

12 Prosiding Pertemuan IImiah Nasional Rekayasa Perangk:.t Nuklir LEMBAR T ANY A - JAW AB PERT ANY AAN : Dari Ngatino Bagaimana aplikasi penempatan perisai radiasi? JA WABAN Penempatannya adalah, perisai ini dilubangi sebesar obyek yang akan diradiasi dan diletakkan dibagian atas tubuh, sedemikian sehingga bagian yang terkena kanker akan teriradiasi sempurna. 141